Классификация ветрогенераторов по мощности

Ветрогенераторы для дома

Ветряной генератор – это устройство, которое используется для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.

Рассмотрим принцип действия и потенциальную возможность применения ветряков

Принцип работы любого вида ветрогенератора следующий: вращение вызывает три вида физического воздействия на лопасти винта – импульсную и подъёмную силы, в результате которых маховик начинает приходить в движение, и тормозящую. Две силы против одной преодолевают сопротивление, и маховик раскручивается, при этом ротор создаёт магнитное поле на неподвижной части генератора, и этого достаточно, чтобы по проводам пошёл электрический ток.

Параметры электрического того ветрогенератора существенно зависят от скорости ветра, поэтому либо х нужно применять для тех потребителей, которые нечувствительны к перепадам электроэнергии, либо применять инверторно-аккумуляторную систему, по аналогии с солнечными электростанциями.

Классификация ветрогенераторов

Ветряные электрические генераторы могут классифицироваться по нескольким следующим признакам:

По назначению (мощности):

• Промышленные с мощностью от 100 кВт до 5000 кВт;
• Коммерческие от 20 кВт до 100 кВт, верхняя граница по мощности размыта. Часто эти генераторы применяются как электростанции для небольших промышленных объектов, ферм и т.п.;
• Бытовые, мощностью от 0,3 Втдо 20 кВт. Мощность вполне достаточна для обеспечения большого дома.

Для выработки электроэнергии мощностью от 1 до 5 кВт необходим ветер скоростью чуть более 4 м/с, для генерации в обычном доме, этого более чем достаточно, излишки электроэнергии, период малого потребления или сильного ветра, можно аккумулировать или применить для отопления помещений с помощью тэнов.

По ориентации рабочей оси вращения:

1. Вертикальные («карусельные», самые известные это «ротор Савониуса» и «лопастные» ортогональные — ротор Дарье). Ось вращения располагается вертикально по отношении к направлению ветра.

Ветрогенераторы Савониуса представляют собой несколько половинок полых внутри цилиндров, посаженных на вертикальную ось. Они могут вращаться независимо от скорости и направления ветра, однако такая конструкция теряет позволяет использовать энергию ветра лишь на треть по сравнению с горизонтальными ветряками.

Ротор Дарье — это система из двух или более плоских лопастей. Такое устройство просто в изготовлении, но выработка с электроэнергии с него еще меньше.

Основные преимущества вертикальных генераторов:

• Вырабатывают электроэнергию при небольшой силе ветра;
• Не нуждаются в сложных, активных системах направления на поток ветра, как следствие, идеально подходят для местности с турбулентными воздушными потоками;.
• Промышленные модели не нуждаются в высокой мачте, т.к. сама ось для лопастей является мачтой. Поэтому удобны в обслуживании;
• Низкий уровень шумового загрязнения, до 30 дБ;
• Привлекательный внешний вид.

Вертикальные ветрогенераторы не требует ориентирования по ветру, но они обладают в два раза меньшей рабочей площадью поверхности, чем у классического горизонтального ветрогенератора. Это значит, что для получения одинаковой мощности вертикальный ветряк по размерам должен быть в два раза больше горизонтального.

2. Горизонтальные, крыльчатые ветряки.

Крыльчатые — горизонтальные ветряки. Этот вид конструкции ветрогенератора наиболее распространён, и предпочтителен при использовании в промышленной выработке электроэнергии.

Основные преимущества горизонтальных ветряков:

• Большая скорость вращения, это позволяет соединяться напрямую с генератором, что увеличивает КПД;
• Простота изготовления;
• Большой выбор разнообразие моделей на любой дизайн и мощность;
• Высокая эффективность использования силы ветра;

• Высокий уровень шума при работе, что опасно для здоровья людей;
• Необходимость применять стабилизатор и устройства ориентации по ветру;
• Т.к. скорость вращения обратно пропорциональна количеству лопастей, существует ограничение на их количество, а значит и требования к силе ветра;

Так же ветрогенераторы классифицируют:

• По количеству лопастей: двухлопастные, трёхлопастные, многолопастные.
  
  Их различие заключается в том, что многолопастные начинают вращаться при меньших скоростях. Это даёт возможность использовать их в тех случаях. когда важен сам факт работы, например, для перекачки воды.
• По материалу лопастей: жёсткие лопасти ветрогенератора; парусные ветрогенераторы.
  Жёсткие лопасти стоят дороже, однако способны выдерживать большие нагрузки. Парусные ветрогенераторы имеют невысокую цену, однако надёжность их ниже.
• По шагу винта: фиксированый и изменяемый.
  
  Шаг винта – это характеристика, зависящая (тангенциально) от угла установки лопастей пропеллера ветряка относительно плоскости, перпендикулярной его оси. Изменяемый шаг винта позволяет увеличить диапазон эффективных скоростей работы, но внедрение этого механизма ведёт к усложнению конструкции лопасти, уменьшению общей надёжности ветряка, и в конечном итоге к удорожанию стоимости конструкции.

Составные части бытовой системы генерации электричества с помощью ветра

Основные составляющие домашней ветряной электростанции (ВЭС) аналогичны системам солнечной генерации или генерации микро-гидроэлектростанций, в данном случае, что ВИЭ будет являться ветряк:

Ветрогенератор заданной мощности состоит из генератора, контроллера, лопастей ротора, носового обтекателя, защитного кожуха, поворотного вала, хвостовой штанги, мачты, оттяжек и цоколя.

Контроллер ветрогенератора: предназначен для управления зарядом аккумуляторных батарей, контроля поворота лопастей и преобразования напряжения.

Банк АКБ: накопительная ёмкость, от размера которой зависит продолжительность функционирования в автономном режиме питаемого ею объекта.

Инвертор: это устройство, преобразующее постоянное напряжение аккумуляторов в переменное с частотой 50 Гц для обеспечения электропитанием бытовых приборов.

Пульт управления или связи: Он представляет собой многофункциональное устройство, обеспечивающее полный обзор эффективности систем управления агрегатом с использованием интернета.

Поглотитель избыточной мощности (балластная нагрузка) . С помощью этого устройства любой избыток электроэнергии, производимой ветрогенератором, рассеивается в виде тепла, и не приводит к перезаряду аккумулятора. В этом устройстве нет необходимости на солнечных системах. Ведь солнечные панели можно отключить от сети, а отключение ветрогенератора от нагрузки приведет к возрастанию частоты вращения и его механическому разрушению (пойдет вразнос).

Крупные ветряные электростанции

Крупные ветряные электростанции, которые ещё называют ветряными фермами или ветропарками, могут состоять из 100 и более ветрогенераторов.

Наиболее распространённые из них – наземные, которые устанавливаются на естественных возвышенностях. Также имеется достаточно большое количество оффшорных ветряных электростанций, которые построены в море примерно в 10 километрах от берега. Такое вид размещения втерогенераторов не требует задействования значительного количества земельных ресурсов и обеспечивает высокий КПД за счет регулярных и сильных морских ветров.

Плавающие ветряные электростанции являются новым словом в альтернативной энергетике. Они имеют свои особенности: для устойчивости башни ветрогенератора и его погружения на нужную глубину применяется балласт, а с целью предотвращения свободного дрейфа вся конструкция якорится тремя тросами.

Окупаемость

Проблему окупаемости ветряных электростанций изучают по трем направлениям:

• Снижение капитальных и эксплуатационные затраты на ВЭС;
• Повышение производительности ветроэлектростанции;
• Повышение эффективности использования энергии (генерация в сеть);

Второе относиться к потребителям, имеющим подключение к сетям, но не удовлетворенным её качеством или выделенной мощностью: следует использовать сетевые альтернативные энергетические системы. Сетевое оборудование, получая непригодную для прямого использования энергию от альтернативных источников, настраивается на частоту сети и начинает ее снабжение, перерабатывая энергию ветра (и/или солнца) в привычные нам 220 или 380 вольт переменного тока, «бесплатно» и качественно снабжая потребителя. Для работы этого комплекта не требуется аккумуляторная батарея и средства ее контроля и подзарядки. Это значительно сокращает стоимость альтернативной энергетической системы и ее эксплуатации и уменьшает сроки окупаемости системы.

Преимущества и недостатки ветрогенераторов

К преимуществам ветрогенераторов относятся:

• Безопасность их использования для окружающей среды: они не производят побочных или токсичных отходов и не требуют сырья для эксплуатации;
• Источник энергии не исчерпаем;
• После установки системы, бесплатная энергия;
• Подходит для удаленных территорий;
• Низкие эксплуатационные затраты. Минимальное техническое обслуживание в процессе эксплуатации.

Они же имеют и ряд недостатков:

• Зависимость количества производимой электроэнергии от внешнего фактора – погоды. Но эта зависимость намного меньше по сравнению с солнечной генерацией;
• ВЭУ требует много места и выделенной площадки для размещения;
• может давать помехи на телевизор и производить шум;
• Чувствительность к загрязненному или запыленному воздуху.

Системы управления электроэнергией. Контроль и автоматизированное управление работой системы. Подробнее »

В ближайшем будущем, появится возможность увеличения КПД солнечных панелей до 50%. Эффективность. Подробнее »

Руководство Филиала КОО «ЛОГРАР ЛИМИТЕД» выражает благодарность коллективу ООО. Подробнее »

КОО «ЛОГРАР ЛИМИТЕД» 1 сентября 2015

Уважаемый Ринат Шакирзянович! ООО «ФИНПРОЕКТ» выражает благодарность компании ООО. Подробнее »

Источник

Основные виды ветрогенераторов: вертикальные, горизонтальные

Ветрогенераторы используют мощь и силу ветра для производства электрической энергии. Современная жизнь человека немыслима без

электричества, даже в отдаленных от электроснабжения районах. Ветряные производители экологически чистой энергии света выполняют роль альтернативного источника.

И приобретают с каждым годом все большую популярность. Чем больше ассортимент товара, тем больше возникает вопросов, какой тип ветрогенератора предпочесть. И по производительности и по деньгам.

Основные виды ветрогенераторов

Модели ветрогенераторов бывают разной конструкции, различаются по мощности. По геометрии вращения оси основного ротора их делят на:

1. Вертикальный тип — турбина расположена вертикально по отношению к плоскости земли. Начинает работать при небольшом ветре.
2. Горизонтальный тип — ось ротора вращается параллельно земной поверхности. Имеет большую мощность преобразования энергии ветра в переменный и постоянный ток.

Разберем эти типы более подробно, так как в каждом из них есть разработки и усовершенствования.

Разновидности вертикальных генераторов (карусельный тип)

Вертикальные преобразователи силы ветра в энергию часто используются для бытовых нужд. Эти виды ветрогенераторов просты в обслуживании. Основные узлы, которые требуют внимания, находятся в нижней части установок и свободны для доступа.

1. Генераторы с ротором Савоуниса

Состоят из двух цилиндров. Постоянное осевое вращение и поток ветра не находятся в зависимости друг от друга. Даже при резких порывах он крутится с заданной изначально скоростью.

Отсутствие влияния ветра на скорость вращения, бесспорно, − его хорошее преимущество. Плохо то, что он использует силу стихии не на всю ее мощь, а только на треть. Устройство лопастей в виде полуцилиндров позволяют работать лишь в четверть оборота.

2. Генераторы с ротором Дарье

Имеют две или три лопасти. Легко монтируются. Конструкция простая и понятная. Начинают работать от запуска вручную.

Минус – турбины не отличаются мощной работой. Сильная вибрация становится причиной сильного шума. Этому способствует большое количество лопастей.

3. Геликоидный ротор

Вращение ветрогенератора происходит равномерно благодаря закрученным лопастям. Подшипники не подвержены быстрому износу, что значительно продляет срок эксплуатации.

Монтаж установки требует времени и сопряжен с трудностями сборки. Сложная технология изготовления отразилась на высокой цене.

4. Многолопастный ротор

Вертикально – осевая конструкция с большим количеством лопастей делает его чувствительным даже к очень слабому ветру. Эффективность таких ветрогенераторов очень высокая.

Это мощный преобразователь. Энергия ветра используется максимально. Стоит он дорого. Недостаток – высокий звуковой фон. Может давать большой объем электротока.

5. Ортогональный ротор

Начинает вырабатывать энергию при скорости ветра в 0,7 м/сек. Состоит из вертикальной оси и лопастей. Не производит много шума, отличается красивым необычным дизайном. Срок службы несколько лет.

Лопасти с большим весом делает его громоздким, что усложняет монтажные работы.

Положительные стороны вертикальных ветрогенераторов:

1. Использование генераторов возможно даже при слабом ветре.
2. Не настраиваются на ветровые потоки, так как не зависят от его направления.
3. Устанавливаются на короткой мачте, что позволяет производить обслуживание систем на земле.
4. Шум в пределах 30 дБ.
5. Разнообразный, приятный внешний вид.

Основной изъян – используют силу и энергию ветра не полностью из-за невысокой вращательной скорости ротора.

Горизонтальные ветрогенераторы (крыльчатые)

Разные модификации горизонтальных установок имеют от одной до трех лопастей и более. Поэтому коэффициент полезного действия намного выше, чем у вертикальных.

Недостатки ветрогенераторов − в необходимости ориентировать их на направление ветра. Постоянное перемещение снижает скорость вращения, что понижает его производительность.

1. Однолопастные и двухлопастные. Отличаются высокими двигательными оборотами. Масса и габариты установки небольшие, что облегчает установку.
2. Трехлопастные. Пользуются спросом на рынке. Могут вырабатывать энергию до 7 мВт.
3. Многолопастные установки имеют до 50 лопастей. Отличаются большой инерцией. Преимущества крутящего момента используют в работе водяных насосов.

На современном рынке появляются ветрогенераторы с отличными от классических конструкциями, например, встречаются гибридные.

1. Ветрогенератор, устроенный по типу парусника

Тарелкообразная конструкция под напором воздуха приводит в движение поршни, которые активируют гидросистему. Как результат, происходит трансформация физической энергии в электрическую.

Во время работы установка не шумит. Высокие показатели мощности. Легко управляемая.

2. Летающий ветрогенератор-крыло

Используется без мачты, генератора, ротора и лопастей. В сравнении с классическими конструкциями, которые функционируют на небольшой высоте при непостоянной силе ветра, а сооружение высоких мачт дело трудоемкое и дорогое, “крыло” таких проблем не имеет.

Его запускают на высоту 550 метров. Выработка электрической энергии составляет 1 мВт в год. Производителем “крыла” является компания Makani Power.

Применение ветрогенераторов

Ветрогенераторы применяются в промышленности и в быту.

Ветроустановки промышленные используются для нужд производства или обеспечения электроэнергией небольших поселков в условиях отсутствия или дефицита электрического снабжения. Устанавливаются на открытой пустынной местности в большом количестве.

Морская ветрогенераторная электростанция

Ветряки, преимущественно простые, предназначены для домашнего использования на дачных участках. В зимнее холодное время для экономии электричества сооружаются на территории жилых домов. Простой ветрогенератор дает энергию в соответствии с количеством ветреных дней.

КПД ветрогенераторов

Для вертикального и горизонтального ветрогенераторов коэффициент полезного действия примерно одинаков. Для вертикальных он составляет 20-30%, для горизонтальных 25-35%.

КПД зависит от типа ветрогенератора и скорости ветра

Некоторые производители увеличивают КПД вертикальных ветряков до 15%, заменяя подшипники на постоянные неодимовые магниты. Но такое незначительное повышение эффективности всего на 3-5% ведет к значительному удорожанию конструкций.

Не отличаются оба типа и по сроку эксплуатации. В среднем продолжительность выработки энергии рассчитана на 15 — 25 лет службы. Изнашиваются быстрее всего опорно-подшипниковый узел и лопасти. Срок службы которых зависит от качества обслуживания.

Стоимость ветрогенераторов

Цены на ветрогенераторы достаточно высокие. Это громоздкие конструкции, которые производятся из дорогостоящего материала. Имеют в комплекте аккумуляторы, контроллер, инвертор и мачту.

Комплект может состоять из: 1 — самого ветрогенератора, 2 — Мачты, 3 — Фундамента, 4 — Комплекта аккумуляторных батарей, 5 — Инвертора, 6 — Контроллера, а также проводов, коннекторов, стеллажа, дизель-генератора и прочих расходных материалов необходимых для монтажа

Технические характеристики ветрогенераторов также влияют на стоимость.

1. Самый простой − это генератор с малой мощностью до 300 ватт. Производит энергию при силе ветра в 10-12 м /сек. Комплект самого простого ветряка только с контроллером стоит от 15 000 рублей. В комплектации с инвертором, аккумулятором и мачтой цена доходит до 50 000 рублей.
2. Генераторы с заявленной мощностью 1 кВт. При слабом ветре в среднем производят энергии от 30-100 кВт в месяц. Для большого дома с высоким потреблением электроэнергии рекомендуется использовать в дополнение дизельный и бензиновый агрегаты. Они также будут заряжать аккумуляторы в дни полного безветрия. Стоит такой ветрогенератор от 150 000 рублей. Доходит и до 300-400 тысяч рублей с более полной комплектацией.
3. Электрический расход в большом доме с приусадебным хозяйством потребует ветряк мощностью 3-5 кВт. Достаточное количество аккумуляторов, более мощный инвертор, контроллер, высокая мачта. Один комплект стоит от 300 000 рублей до миллиона.

Если дом еще и отапливался за счет ветра, то установку надо выбирать мощностью 10 кВт. И позаботиться о дополнительных источниках, таких как солнечные батареи. Возможно, понадобится и бензогенератор. Все зависит от того, сколько энергии придется держать в запасе на случай безветренных и пасмурных дней.

Производители ветрогенераторов

В связи с возрастающим спросом на экологически чистый способ выработки электроэнергии, на рынке появляются предложения от ведущих производителей ветрогенераторов. Вы всегда сможете подобрать оптимальный вариант.

• Дания “Vestas” c долей рынка – 12,7%
• Китай “Snovel” – 9, 0%
• Китай “ Goldwind” – 8,7%
• Испания “Gamesa” – 8,0%
• Германия “Enercon” – 7,8%
• Индия “Suzlon” – 7,6%
• Китай “Guodian United Power” − 7,4%
• Германия “Siemens” − 6,3%
• Китай “Ming Yang” − 3,6%

Наладили производство ветрогенераторов и отечественные производители: в московской области − ООО «Ветро Свет» , ООО “СКБ Искра”, ООО “Сапсан-Энергия”, ЗАО “Агрегат-Привод”, в Петербурге – ЗАО “Ветроэнергетическая компания”.

Правило подбора

Выбор ветрогенератора – дело несложное, если подойти к нему ответственно. Лучше заранее.

1. Рассчитать количество энергии, необходимой для обеспечения вашего дома.
2. Выяснить среднегодовую скорость ветра, учесть в какое время ветряк будет бездействовать, а в какое по силам дать достаточный объем. Мощность надо брать с запасом. Просчитать число аккумуляторов для хранения энергии на случай безветрия.
3. Учесть климатические особенности места проживания. В центральной полосе России большую часть зимы стоят сильные морозы. Установка ветрогенераторов там себя не оправдывает.
4. Дождь и снег уменьшают выработку энергии. Это минусы.
5. Обратить внимание на количество лопастей. Чем их меньше, тем больше КПД.
6. Выяснить интенсивность шума при работе установки.
7. Проводить сравнение параметров ветрогенераторов. Внимательно знакомиться с их техническими и сравнительными характеристиками.
8. Подбирать ветрогенератор помогут отзывы людей, кто уже пользуется системами.
9. Делать обзор производителей при выборе генератора.

Ветер и солнце – естественные, экологически чистые и безотходные источники энергии. В век, когда потенциал природных ресурсов истощается, производство ветрогенераторов набирает скорость.

Карта ветров России для подбора ветрогенератора

Ветряки становятся все более популярными и среди простых людей. Для этого созданы все условия. Разнообразие ветряных агрегатов и наличие тематической информации в помощь при выборе.

Источник